在電子制造領域，潮濕敏感器件（MSD）的失效已成為影響產品最終質量與長期可靠性的關鍵挑戰(zhàn)之一。隨著電子產品不斷向輕薄化、高密度化方向發(fā)展，MSD 在使用與存儲過程中因吸濕導致的界面剝離、裂紋擴展乃至功能失效等問題日益突出，成為導致產品故障的重要因素。

什么是潮濕敏感器件

潮濕敏感器件，簡稱MSD，特指那些對環(huán)境中水分極為敏感的電子元器件，尤其是采用塑料封裝的表面貼裝器件。

為什么塑封集成電路如此普及？是因為其成本更低、重量更輕、尺寸更小，同時還具備良好的機械堅固性。正是這些特點，使塑封器件幾乎壟斷了民用電子產品市場。然而，塑封技術也存在一個本質局限：塑料封裝材料不具備氣密性。這一材料特性導致環(huán)境濕氣能夠持續(xù)滲透至封裝內部，從而構成了器件在后續(xù)工藝中發(fā)生失效的根本原因。

MSD失效的核心機理：“爆米花”效應

MSD失效的過程有一個生動的名稱——“爆米花”效應。這個稱呼形象地描繪了失效發(fā)生的動態(tài)過程，就像玉米粒在加熱時內部水分汽化導致爆裂一樣。

第一階段：吸潮

當MSD暴露在空氣中，大氣中的水分會悄無聲息地通過擴散作用，滲透進入封裝材料內部。這些水分不會均勻分布，更容易在材料界面處聚集，例如芯片與塑封料相結合的邊緣。

第二階段：加熱

在回流焊環(huán)節(jié)，當器件經歷高溫時，內部積聚的水分受熱后迅速汽化。

第三階段：失效

水汽化后體積急劇膨脹，形成強大的蒸汽壓力。由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，該壓力會在界面處集中釋放，最終引發(fā)封裝分層、內部裂紋或鍵合點損傷。嚴重時，封裝外殼會鼓起甚至破裂。

MSD失效的表現(xiàn)形式

1.內部裂紋：

器件芯片內部產生微裂紋，如同玻璃內部的裂痕，雖未完全破碎但強度已大幅降低

2.電氣故障：

表現(xiàn)為開路、短路或漏電，導致電路功能異常

3.連接失效：

鍵合引線變細或斷裂，導致電氣連接中斷

4.界面分層：

塑封料從芯片或引腳框架上分離，破壞了原有的結構完整性

5.完全破壞：

封裝材料爆裂，即典型的“爆米花”現(xiàn)象大多數(shù)MSD失效在發(fā)生后，從外觀上難以識別。在測試階段，這類問題未必會立即表現(xiàn)為完全失效。例如，鍵合引線可能僅被拉細，處于未完全斷開狀態(tài)，測試時仍能維持電氣連接。直到產品實際使用中，因溫度變化引起材料熱膨脹系數(shù)差異，已受損的連接才會徹底斷裂。這種延遲與隱蔽特性，使MSD失效更具風險。

MSL分級體系

為管理這一風險，行業(yè)采用濕度敏感等級（MSL）對元器件進行分類。根據(jù)廣泛接受的JEDEC標準，MSD被分為多個敏感等級：

對于MSL 6級或已超出車間壽命的元件，在使用前必須進行烘烤，并在標簽規(guī)定的時間內完成回流焊接。在對可靠性要求較高的領域，如汽車電子或航空航天，有時會禁止使用MSL 5級及以上的元器件，以從源頭上控制風險。在實際生產中，我們可以通過元器件包裝紙盒和防靜電包裝袋上的標簽來識別MSL等級，這些標識為生產處理提供了明確的指導。

影響MSD失效的因素

1.封裝因素：

封裝體的厚度和體積直接影響水汽滲透的路徑和速度

2.環(huán)境因素：

環(huán)境溫度和環(huán)境相對濕度決定了水分吸收的速率

3.暴露時間：

在空氣中暴露的時間長短累積了潛在風險

4.材料特性：

塑封材料的成分和結構決定了其抗潮氣滲透能力

5.器件設計：

芯片基板尺寸、芯片尺寸及內部材料的熱匹配性值得注意的是，隨著環(huán)保要求的提升，無鉛焊接工藝對MSD構成了更大挑戰(zhàn)。無鉛焊接的回流焊峰值溫度通常為230°C至245°C，較傳統(tǒng)有鉛焊接高20–30°C，某些應用場景下甚至可達255°C或260°C。這種溫度上升可能使器件的濕度敏感性提高1至2個等級。金鑒實驗室提供電子元器件失效分析的檢測服務，金鑒實驗室擁有專業(yè)LED質量工程師團隊及高精度電子元器件檢測設備，具有精湛的技術與經驗。經過長時間的嚴格執(zhí)行，現(xiàn)已得到行業(yè)內各廠家一致認可。另一個常見但易被忽視的高風險場景是手工焊接或維修作業(yè)。若未按要求對已受潮器件進行預烘烤，直接使用熱風槍加熱，局部溫度可能超過280°C，極易引起內部水汽劇烈膨脹，導致內部分層或損壞。通過超聲掃描技術可檢測器件內部狀態(tài)：結構完好的器件圖像均勻一致；而已出現(xiàn)分層的器件則在界面處呈現(xiàn)異常信號，通常為失效前兆。

怎么預防MSD失效

（一）防潮包裝技術

業(yè)界數(shù)據(jù)表明，在各種應力誘發(fā)的器件失效機制中，潮濕敏感失效占據(jù)了10～15%的比例，這一相當高的數(shù)字凸顯了防潮包裝的重要性。以下是防潮四大要素：

1. 防潮包裝袋：

采用高阻隔性材料，有效抑制水汽滲透。

2. 干燥劑：

能夠有效保持包裝內部低濕度環(huán)境的吸收劑。

3. 濕度指示卡

：直觀顯示包裝內的濕度狀況。

4. 潮敏標簽：

明確標識器件的潮濕敏感等級和注意事項。

（二）

環(huán)境控制措施

1.存儲環(huán)境：

應將MSD存放于濕度低于10%RH的干燥箱中。

2.車間環(huán)境：

需控制溫濕度，并確保在規(guī)定的車間壽命內完成焊接。

3.暴露時間：

嚴格記錄從拆封到焊接完成的時間。

（三）

烘烤處理

對于已經受潮或超過車間壽命的MSD，烘烤是恢復其可靠性的“復活”過程。根據(jù)行業(yè)標準，需要根據(jù)器件的潮濕等級和封裝特性，選擇對應的烘烤條件。烘烤溫度和時間需要精確控制，不足的烘烤無法徹底去除內部潮氣，而過度烘烤則可能損傷器件性能，甚至加速材料老化。

（四）

設計和工藝預防措施

1.選用合適等級：

在滿足性能要求的前提下，優(yōu)先選擇MSL等級較低的元器件，從設計階段規(guī)避風險。

2.優(yōu)化布局設計：

避免將MSD放置在電路板上最容易受熱的位置，減少熱沖擊。

3.工藝控制：

優(yōu)化回流焊溫度曲線，采用適當?shù)纳郎厮俾屎皖A熱策略，減少熱沖擊對器件的傷害。

4.加強手工焊接和維修處理的管控：

建立嚴格的維修操作規(guī)范，確保維修人員了解并遵守MSD處理要求。

總結

潮濕敏感器件失效是電子制造中一項隱蔽而關鍵的問題。隨著電子設備日趨小型化與高集成化，MSD相關風險仍在增加。通過理解其失效機理、遵循MSL分級體系、實施有效防潮包裝與過程控制，可構建多級防護體系，降低MSD失效概率，提升產品可靠性與使用壽命。